統合バイオインフォマティクス解析による血圧の塩感受性の候補バイオマーカーの同定

統合バイオインフォマティクス解析による血圧の

塩感受性の候補バイオマーカーの同定

Identification of Candidate Biomarkers for Salt-Sensitivity of Blood Pressure

by Integrated Bioinformatics Analysis

By Chen Chen, Guan-Zhi Liu, Yue-Yuan Liao, Chao Chu, Wen-Ling Zheng, Yang Wang, Jia-Wen Hu, Qiong Ma, Ke-Ke Wang, Yu Yan, Yue Yuan and Jian-Jun Mu

Front Genetics 2020;11: 2020.09.03

　現在の研究では、血圧の塩感受性の潜在的なバイオマーカーを特定することを目的としており、塩感受性高血圧の発症機序への新しい洞察を提供する可能性がある。まず、重み付け遺伝子共発現ネットワーク解析を実施し、血圧塩感受性に有意に相関する遺伝子モジュールと60のハブ遺伝子を選択した。次に、遺伝子オントロジー機能とKEGGシグナル伝達経路エンリッチメント解析、タンパク質間相互作用ネットワーク解析を実施した。さらに、タンパク質間相互作用ネットワークにおける高い結合度とROC曲線

の高AUCを有する23個の遺伝子シグネチャを同定し、血圧塩感受性の診断値が高い可能性がある。さらに、5つの遺伝子スクリーニング法を組み合わせることで、発現差のある1つのcircRNAを同定し、血圧塩感受性との関連性の高いハブcircRNAとして、共発現ネットワークで最も高い結合度を持つ上位1％のcircRNAを選択した。最後に、RT-qPCRを実行して5つのハブ遺伝子の発現を検証した結果、HECTD1(P=0.017)、SRSF5(P=0.003)、SRSF1(P=0.006)、HERC2(P=0.004)の発現が示され、TNPO1(P=0.002)は耐塩性ラットと比較して耐塩性ラットの腎組織で有意にアップレギュレートされており、これらの5つのハブ遺伝子が血圧塩感受性の潜在的なバイオマーカーとして役立つ可能性があることを示している。

はじめに

　血圧の塩感受性は、血圧が塩摂取量の負荷と平行して変化を示す集団の一部のメンバーにおける病態生理学的特性である。重要な問題は、血圧の塩感受性が様々な種に一般的に現われる異常な表現型を表していることであり、塩感受性と血圧とは無関係に心血管の罹患率と死亡率の危険因子であることが実証されている。以前の研究では、ナトリウム利尿薬および抗ナトリウム利尿薬システムによって維持されるべき塩感受性の個人の塩分バランスの崩壊が塩感受性および塩感受性高血圧に関与していることが示唆されている。さらに、レニンーアンジオテンシンーアルドステロン系、内皮系、NO、酸化ストレス、交感神経系、およびインスリン抵抗性における複数の異常が、塩感受性および塩感受性高血圧の発生に重要な役割を果たしていると考えられている。遺伝子多型は別の潜在的なメカニズムであり、塩感受性の遺伝疫学ネットワークなど、様々な人種および民族グループからの証拠がある。塩感受性の遺伝率はアフリカ系アメリカ人で約74％、中国人で約50％と推定されている。それにもかかわらず、塩感受性の究極的で正確な病因メカニズムは捉えどころのないままである。

　全ゲノムの2％未満がタンパク質コード遺伝子をコードし、非コードがヒト・トランススクリプトームの大部分を占めることが報告されている。環状RNAは、バックスプライシングと呼ばれる選択的スプライシングの形態によって生成された非コーディングRNAのグループである。環状RNAは、心肥大や高血圧などの多くの疾患や生理学的プロセスにおいて重要な役割を果たすことが示唆されている。環状RNAの主な機能メカニズムの1つは、miRNAスポンジ能力による遺伝子発現の調節であり、競合的内在性RNAとして機能する。しかし、環状RNAおよびmRNAバイオマーカーにはほとんど注目されていない。したがって、塩感受性の効果的なバイオマーカーを識別する緊急の必要性がある。

　重み付け遺伝子共発現ネットワーク解析は、ネットワークに焦点を当てたアルゴリズムに基づいて、高度に相関する遺伝子モジュールとハブ遺伝子を同定するための高度なバイオインフォマティクス手法である。単一の遺伝子の重要性のみを考慮する従来の

発現差次的遺伝子スクリーニング・アルゴリズムと比較して、重み付け遺伝子共発現ネットワーク解析はスケール・フリーの共発現ネットワークを構築し、関連性に応じてハブ遺伝子を同定することができる。

　今回の研究では、重み付け遺伝子共発現ネットワーク解析とDEGのアプローチ、および共発現ネットワーク解析を組み合わせて、塩感受性との高い関連を持つ環状RNAとハブ遺伝子を特定した。さらに、RT-qPCRを実施して、塩感受性の潜在的なバイオマーカーとして機能する可能性のある5つのアップレギュレーションされたハブ遺伝子の発現を検証した。これらの解析により、トランススクリプトーム・レベルでの塩感受性の環状RNAおよび遺伝子発現プロファイルに関する包括的な理解が得られた。

結果

データ前処理と重み付け遺伝子共発現ネットワークの構築

重要なモジュールとハブ遺伝子の同定

機能エンリッチメント分析

タンパク質間相互作用ネットワーク構築

ROC曲線解析

発現差のある環状RNAの同定

共発現ネットワーク解析とハブ環状RNA同定

定量的リアルタイム・ポリメラーゼ連鎖反応バリデーション

考察

材料と方法

データ前処理

重み付け遺伝子共発現ネットワークの構築

臨床的に重要なモジュールとハブ遺伝子の同定

DECの識別

GO機能エンリッチメント分析

PPIネットワーク分析

環状RNA共発現ネットワーク解析

ROC曲線解析

ラット腎組織コレクション

定量的RT-qPCR分析

　以上の章と節は省略。

結論

　塩感受性と有意に関連する1つのハブ環状RNAと60のハブ遺伝子を同定した。一方、RT-qPCR実験で検証されたROC曲線解析により、診断価値の高い5つの遺伝子シグネチャを提唱した。結論として、我々の研究はいくつかの潜在的なバイオマーカーを発見し、塩感受性の包括的な理解を提供した。